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1、大型危化装置全表面火灾事故消防装备配备及扑救方法分析中国安全生产科学研究院王如军主要内容一、背景及现状二、灭火机理研究三、装备配备四、扑救方案一、背景及现状1. 背景2. 消防应急救援现状3. 救援成本核算一、背景及现状1. 背景近年来，我国石化行业高速发展，随着装置大型化、产业集约化特点日益显现，重特大事故时有发生。福建漳州腾龙芳烃火灾其中专门用于对付大型石化全表面罐如何扑救的，我可以给大家看全世界扑救全表面罐的。首先可以知道这个最重要的任务大家知道这种大型管咱们这也很多，而且一发生危险性都非常大。一、背景及现状1. 背景储罐火灾主要是由于储罐内物料泄漏或储罐本身破裂导致。以外浮顶罐为例，浮
2、顶受损的原因如下：浮顶破损浮顶沉没一、背景及现状1. 背景原油罐占据40% ，先转赶过去的时候一定不是小伙在，大多数火灾都是局部小火灾，企业都是没问题的。一、背景及现状2. 消防应急救援现状大多数储罐火灾都起始于局部小型火灾，如密封圈起火。通过使用液上、液下泡沫注入系统，固定泡沫喷射装置，罐顶喷淋装置，以及手持泡沫枪或举高喷射消防车进行扑救，足以控制、扑灭局部小型火灾。一、背景及现状2. 消防应急救援现状当储罐发生全表面火灾时，有时会伴随罐顶或罐壁塌陷、损毁，储罐本身配置的消防装置往往已经失效；外部消防装备的配备，射程和高程受到局限；当前普遍采用的灭火方法是借助大量消防力量对事故及周边区域进行
3、冷却和防护，限制火势蔓延；等待事故储罐中物料燃烧殆尽，宣告灭火成功。3. 救援成本核算传统灭火过程持续时间很长，不仅给扑救工作的安全、消防物资和环境保护带来沉重压力，同时对储罐内物料的浪费也十分巨大。以十万吨原油储罐起火为例，即使不考虑沸溢事故带来的风险，等待罐内油品完全烧尽所需的成本如下：原油损失 ( 按 60 美元 / 桶计 ) ：550 万元人民币 / 小时周边冷却泡沫消耗：180 万元 / 小时，总计约1 亿元。储罐价值：约1800 万元所有消耗总计约：4.4 亿元二、灭火机理研究1. 燃烧过程分析2. 灭火方案分析3. 后续处置1. 燃烧过程分析油品被引燃的条件：形成火三角，不是油品
4、液体是液体会发的蒸汽和混合在可燃气油品蒸汽与助燃剂（氧气）的混合比例在其可燃区间，如果把可燃期间打破，不管用什么手段压制住，或者蒸汽比例，或者氧气比例破坏都可以。混合蒸汽被引燃（雷电、静电、明火、电火花等，或达到足够高的温度）二、灭火机理研究1 燃烧过程分析储罐内的油品受火焰热辐射蒸发出来蒸汽逐渐与空气混合。当混合蒸汽的浓度到达可燃区间后，燃烧才得以进行。因此火焰是浮在油品上方燃烧的。油品接触表面蒸汽过浓，无火焰蒸汽上升，开始接触氧气，不完全燃烧蒸汽继续上升，与氧气充分混合，完全燃烧传统大罐油罐起火，都是小的多个消防车，分散多个小流量灭火，无法扑灭大罐火，大流量泡沫，集中覆盖到油品表面，形成泡
5、沫覆盖层，组织油品和蒸汽接触，所以这时候覆盖层形成越快，火灾就越快被扑灭，为了有效扑灭的哥哥国家规定标准都提出来了，比如说为什么上面是黑色的，燃烧不完全，我们将简单的说如果灭火，整齐和混合比打破，也就是覆盖隔离，为什么平时不好灭呢，传统呢大关油罐起火，都是小的多个消防车，来环流，多家小流量灭火，无法有效扑灭大罐火。二、灭火机理研究1 燃烧过程分析储罐燃烧面积巨大，不断释放热量，很难迅速全面降低整个储罐和油品的温度；持续燃烧释放的热量，会进一步加速油品蒸发，形成可燃蒸汽进行燃烧；因此，灭火的最常用手段是打破油品蒸汽与空气的混合比例，使其处于可燃区间之外；使用消防泡沫覆盖油品表面，阻止其蒸发过程的
6、持续进行，同时起到隔绝氧气和冷却作用，是针对大多数油品火灾最有效的灭火方式。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析传统的通过几辆消防车环绕喷射的灭火方式，即分散施加多个小流量水/ 泡沫的灭火方式，无法抵消油品持续燃烧释放的热量，因此无法扑灭大型储罐全表面火火。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析因此应采取的方案是将大流量泡沫集中覆盖到油品表面，形成局部泡沫覆盖层，阻止油品蒸汽与氧气接触，使火焰失去继续燃烧的燃料。覆盖层形成越快，火灾被扑灭的越快。蒸汽混合比例二、灭火机理研究2. 灭火方案分析泡沫使用原则为确定有效覆盖罐顶表面所需的泡沫量，各国家行业协会、 企业消防的泡沫灭火标准规定了储罐发生全表面火
7、时的泡沫施用标准。以美国 NFPA为例：烃类类别泡沫施用强度一类 ( 闪点90C) ：6.7 L/min/m2二、灭火机理研究2. 灭火方案分析储罐直径越大，单位面积单位时间泡沫投放过程中泡沫损耗就越多，因此投放量应随储罐尺寸增大。储罐直径NFPA 和API标 准L/min/m2Bp 公司消防标准L/min/m2欧盟标准 （2009）L/min/m2威廉姆斯公司标准L/min/m2120m6.510.4 - 12.9 12 12.9泡沫施用时间 65 min65 min90 min65 min（+60% 冗余）二、灭火机理研究2. 灭火方案分析日本消防厅2005 年的消防炮流量标准经换算后也与
8、威廉姆斯公司的流量要求基本相同。扑灭1 万的罐，泡沫每分钟要答到 1 万，如果答不到就不行。多少水多少泡沫都扑灭不了，如果10 万的罐 1 分钟之内也就是5 万升。 1 小时之内大概 4000 吨水喝泡沫投放罐顶。油罐直径FDMA Japan （2005） FDMA Japan（换算后）Williams Footprint?（威廉姆斯专利技术）消防炮流量泡沫密度泡沫密度34 100m80,000- 升/ 分12.9- 升/ 分/ 米212.9- 升/ 分/ 米2泡沫应用时间120分钟65 min （+60% 冗余）二、灭火机理研究2. 灭火方案分析泡沫在高温下不能长期存在，会分解变性，反而可能
9、对灭火起负面影响。泡沫灭火时间不能超过1 小时的，首先泡沫在长期在高温状态下会分解，分解成产物一些其他的有机物、另外一部分就变成水，水进入罐体会产生沸溢的现象。消防泡沫持续高温作用油品溶解吸收分解产物消防水部分变性甚至可燃可能导致储罐内物料沸溢、溅溢或溢出形成流淌火二、灭火机理研究二、灭火机理研究2. 灭火方案分析因此为防止泡沫失效，应根据扑救物质的特性限定灭火时间（国际先进水平一般控制在30-65 分钟之内将火扑灭） 。若假定灭火时间为65 分钟，则可根据前文给出的表格计算出所需准备的最低消防水和泡沫原液总量。此处以威廉姆斯公司标准为例进行计算，具体如下表所示。不同的罐需要的泡沫规定，一万的
10、罐需要17 吨。胜利雅阁火灾1 万的罐 15 分钟就灭了，按照全表面要求和配送，不考虑这种低频率的聚灾情况。二、灭火机理研究不同储罐全表面火对泡沫的需求量（不计冗余量）储 罐 容量直径（m ）上 表 面积（ m2 ）泡沫施用密度L/min/m3泡 沫 液 流量（ L/s ）消防水总需 求 量（t ）3%泡 沫 需求总量（L/t ）6%泡 沫 需求总量（L）1万立储罐307076.5772998959/8.959179192万立储罐4012576.513653115928/15.93318563万立储罐4616626.518070221065/21421295万立储罐6028277.334413
11、4240248/408049710 万 立储罐8050269754294188216/88.217643215 万 立储罐98754310.212825001150029/150300059考虑到灭火后要持续加载泡沫60分钟，所以以上泡沫用量要乘以1倍二、灭火机理研究2. 灭火方案分析由上表可知：储罐直径越大，所需单位时间单位面积的泡沫流量就越多，所需泡沫总量就越大。若泡沫投放效率低于所需最低标准，则无法在65 分钟内有效完成扑救，所需泡沫、消防水的总量将大大增加。因此，大型储罐全表面火扑救前，应首先集中当前所有消防物资（水、泡沫），计算物资总量是否满足扑救需求；若不满足则需调集足够物资，避免
12、无意义的投入带来的资源浪费。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析氧气吸入窗口大型储罐在无风条件下燃烧时，氧气由四周沿罐壁上方被吸入，因此火焰靠近罐壁周边处为负压；废气自罐顶排出，火焰顶部为正压。举例：如果今日屋里起火，窗户都关着，外面来多少车往里面打火，打不进去，灭不了。氧气吸入窗口二、灭火机理研究2. 灭火方案分析有风条件下，上风位置罐壁处为负压，氧气由此被吸入；自中心偏下风向位置处于正压，气体向上排出。若泡沫由燃烧储罐的正压处入射，其扬升作用会使泡沫被吹飞飘散，不易于凝聚成柱，损耗极大。首先要找到吸氧窗口，才能使泡沫不容易被分散。氧气吸入窗口二、灭火机理研究2. 灭火方案分析因此，泡沫液应由
13、燃烧储罐的上风向处，瞄准火焰吸入窗口，即沿罐壁上表面处由负压吸氧位置切入火场，使损耗达到最小。射程炮从这个位置打进去，其他两个地方没有用。由吸氧窗口入射效率最高二、灭火机理研究2. 灭火方案分析氧气吸入窗口范围( 俯视图 ) 在有风情况下，吸氧窗口一般位于储罐上风向由罐壁向储罐中心延伸的一片区域，如右图所示因此泡沫入射也应由此位置射入。二、灭火机理研究二、灭火机理研究2. 灭火方案分析全表面覆盖（足迹理论）足迹理论是美国威廉姆斯火灾和危险物质控制公司从700 余次火灾的成功扑救经验中总结出的一套大型储罐全表面火灾扑救理论，并申请了专利。足迹理论认为泡沫在储罐表面是有流动趋势的，有效利用泡沫流动
14、足迹可以快速形成储罐表面火场分割和全面覆盖，同时有效避免泡沫浪费。不同的消防装备形成的足迹是各不相同的，明确装备性能并合理配置是成功扑灭储罐火的前提。当泡沫盖上去的时候，泡沫一闪一闪的时候，那么根据API 的标准，我的泡沫有效的流动是30 米，而 NFPI 是不到30 米，威廉姆斯研究也就是 20 几米，泡沫打出去的时候会漂移。漂移要控制25 米以外失效了。那么每一门炮也就是足迹覆盖理论，我用的小泡沫流量就是一个小点，打上去就沉了，永远都没有用。每一个不同口径，你的炮所形成的足迹是固定的。当这个就是炮的射程越大流量越大足迹越大，这是固定的。72 米高喷车流量就是80，一万的罐7 台高喷不如一门
15、炮。因为没有从吸氧窗打进去。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析全表面覆盖（足迹理论）由吸氧窗切入的泡沫的落点形成椭圆形印记；但由于较大的初始的动能及热辐射效应会继续在液面上方继续向前漂移一定距离（约30 米） ；随着泡沫持续的投放，泡沫液会沿箭头所指方式流动，直至覆盖整个储罐；若储罐直径很大，则可能存在泡沫无法覆盖的死角，需其它消防装备配合灭火。虚线这个地方的火不急于灭，这个地方的火最后踩灭因为是一个死角。目前理论10 万的罐泡沫投入进去会翻滚，实际上从1% 流量变成 25% ，因为要蒸发，蒸发时间，要求脚步啊，不能上前后投放的大于30 米，会看见作战方案。5 万的罐配一台375 的消防炮，肯
16、定没问题，所有漂移没有超过30 米。例子都是成功案例，3 台 125 的也可以勉强，泡沫流动至此已失效，出现覆盖死角二、灭火机理研究2. 灭火方案分析足迹理论右图为不同流量消防炮形成的瞬时落点的尺寸，流量越大，落点尺寸就越大。以 8000GPM(500L/s) 的消防炮为例，其落点尺寸约为4020 米 2，泡沫着陆后会继续向前漂移约30 米距离，因此应合理选择泡沫落点，避免浪费或不足。同时， 不同尺寸储罐对泡沫的流量也有不同要求，下文会进一步详述 。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析足迹理论应用以 5 万立储罐为例，当消防装备一台375L/s 消防炮时，其泡沫落点的覆盖面如右图所示，最远端距离罐壁约为10 米小于 30 米漂移距离，能够有效覆盖整个储罐表面，因此可以适用本储罐消防。二、灭火机理研究2. 灭火方案分析足迹理论应用同样是 5 万立储罐，当消防装备为三台125L/s 消防炮时，其泡沫落点的覆盖面如右图所示，最远端距离罐壁约为26 米小于 30 米漂移距离，因此仍然能够有效覆盖整个储罐表面，可以适
